Experimental and numerical study of solar water heater enhancement integrated with phase change material and heat exchanger

Mevcut çalışmada, PCM ve sarmal bobin borulu ısı eşanjörleri kullanarak güneş enerjisi depolamasını iyileştirmek için pratik ve sayısal bir çalışma. Bu bileşenler, düz güneş paneli toplayıcılarına ve depolama tanklarına dahil edildi. Kolektör içindeki ısıtma suyu borusunu faz değiştiren malzeme kaplarken, depolama tankı içine uygun kapsüller sabitlendi. Helisel sarmallar kullanan emzik değişimi, depolama tankına harici bir yük olarak eklenmiştir. Deneysel denemeler, özellikle her ayın ilk günü olmak üzere dört ayrı ayda (Eylül 2021, Nisan, Mayıs ve Haziran 2022) gerçekleştirilmiştir. Mevcut çalışmanın deneysel bölümü Irak'ın Basra şehrinde (30.5o K Enlem, 47.78o D Boylam) gerçekleştirilmiştir. Çalışma süresince hava ve su sıcaklığı, güneş radyasyonu miktarı ve giriş suyunun hacimsel debisi gibi faktörlerin etkisi analiz edilmiştir. Sayısal çalışma için, sistem performansını ve akış hızı ile giriş sıcaklığının sistem üzerindeki etkisini değerlendirmek için Navier-Stock, enerji ve standart k –ε model denklemlerini çözmek için sonlu hacim yöntemi FVM'yi kullanmak üzere ANSYS-FLUENT 2020 R1 kullanıldı. Faz değiştiren malzemenin gün boyunca ısıtma verimliliğini artırmadaki etkinliği, ısı kazancı ve önemi, giriş suyu hacim akış hızı (2, 3, 4, 6 ve 8 L/dk) ve giriş suyu sıcaklığı (25, 30 ve 35 C). Sonuçlar, 25°C'lik düşük başlangıç suyu sıcaklığının günlük verimlilik aralığını %58'den %65'e yükselttiğini ve günlük son kollektör çıkış sıcaklığının 65°C'nin üzerinde olduğunu göstermektedir. Sonuçlar ayrıca, akşam saatlerinde gözlemlenebilen PCM'nin yaydığı ısı nedeniyle güneş olmadığında su ısıtma süresinde gözle görülür bir artışa işaret ediyor. Son olarak, pratik ve sayısal çalışmalar arasındaki karşılaştırma, her iki çalışma arasındaki hatanın geçtiği (% 2) ve kullanılan sayısal çalışmanın geçerliliğini sağlayan, her iki çalışma arasında iyi bir uyumluluk göstermektedir.